基于AQIM的数字图像水印技术的_宋秀梅教材.docx

基于 AQIM 的数字图像水印技术的研究 中文摘要 电子计算机技术的迅猛发展，让数字多媒体技术跨进了一个全速扩张的阶段，使多媒体信息的传播、复制和存储变得简单、容易和普及。无论是人类的物质文化生活还是精神文化生活通过互联网，都得到了极大的改善。人们可以很容易的从网上寻找自己需要的文件资料下载、篡改、存储和传播，这就出现了版权的侵权问题，从而引发了数字产品的版权保护问题和数字信息传输的安全问题。怎样才能有效的保证信息安全和数字多媒体版权所有者的合法权益成为产业界和学术界共同关注和亟待解决的重大问题。于是数字水印技术在这样的背景下产生了。数字水印技术是将带有版权的信息（如文本、图像、视频），通过一定的算法，嵌入到原始载体信息中，当出现版权纠纷时，通过提取其中的版权信息，也就是我们所讲的水印信息，来维护版权所有者的权利。经过多代研究人员的努力，现在已经成为当前保护数字产品版权的主要方式。本文在前人的研究基础上，基于数字图像水印，提出了一种基于 AQIM 的水印算法，并对算法进行了仿真实验和总结。本文的主要内容包括以下几个方面： 首先对数字水印技术的基本原理、特性、分类和常见的攻击进行了简单的阐述和归纳，对当前简单的经常被采用的数字水印系统的性能评价标准进行了介绍和分析，并介绍了当前数字水印技术的应用范围，为以后的水印技术的深入研究打下良好的理论基础。 在数字水印的理论基础上，本文介绍了数字水印两种常用的算法即传统的扩频算法（SS）和近些年发展的量化索引调制算法（QIM），并着重介绍了本文要采用的量化索引调制算法，在此基础上，提出了一种抗拷贝攻击的 QIM 算法。本算法首先从载体图像中提取图像的特征作为该图像的数字签名，然后在 DCT 域中， 将图像的数字签名和水印信息一同嵌入到载体图像的中低频系数中。利用 matlab对该算法进行了仿真实验，实验结果表明该算法在很好的保持原始图像的图像质量同时，对常见的中值滤波、剪切、亮度调整、椒盐噪声等攻击具有良好的鲁棒性，但对于高斯噪声和 JPEG 压缩攻击表现不好，有待于改善。??于在嵌入水印的同时也嵌入了数字签名，所以具有了很好的抗拷贝攻击的效果。本算法在量化的时候，采用了固定的量化步长，所以出现了对有些攻击的鲁棒性不是很好的结果，而且提取水印时，采用了明文检测，这是本算法的一个局限点。 在量化索引调制（QIM）的基础上，本文提出了自适应量化索引调制(AQIM)的概念。 并进一步提出了基于 HVS 模型的自适应量化索引调制的算法。在介绍了 HVS模型性质后，参考了其亮度灵敏度和频率灵敏度，将原始图像的分块 DCT 直流系数的均值作为每一块的量化步长，将水印信息嵌入到低中频系数中。DCT 直流系数表征了图像的大部分信息，当嵌入位置发生变化时，可以根据每块的亮度线性的调节量化步长，实现自适应调制。中低频的选择是每块的频率矩阵中数据在0-0.25 之间的位置，恰巧就是 DCT 域按 zig-zag 排列的第 2-15 个数据。在检测提取上，通过最小距离检测法以及联合判决法，从水印图像中提取水印，实现了水印的盲提取。利用 matlab 对该算法进行了仿真实验，实验结果表明该算法能够不错的保持原始图像的视觉效果，而且对常见的攻击有很好的鲁棒性。通过与其他文献资料的对比，本算法在抗 JPEG 压缩和乘性亮度调整上有特别好的效果，对于其他的攻击，如高斯噪声、椒盐噪声、剪切、加性亮度调整，放缩上也比对比文献有好的效果，但是在抵抗窗口中值滤波上，本算法的效果一般，在这一方面，本算法还有待于改善和进一步的研究。 时下数字多媒体的发展速度已经超出了人们的想象，所以给人们带来的物质和精神的优越性是无法衡量的，但是同时也带来了巨大的威胁。数字水印技术在保护创作者合法权益上的压力是巨大的。经过这么多年的发展，数字水印技术已经得到了学术界的认可和极大的关注，并已经取得了很多的成果。但是在水印技术发展的同时，对水印的攻击也在不断的升级，并产生新的攻击，水印技术有很多亟待解决的问题以及没有触及到的研究课题。目前数字水印技术的评价与衡量标准尚不完善，如水印的嵌入、检测/提取、水印的测试等等有缺少标准化的要求。数字水印的视觉评价仅仅是一个主观的概念，没有具体的定量分析。对于人类视觉系统和数字水印技术的评价上，应该建立一种明确的比较匹配的客观标准。 在量化索引调制中量化步长的自适应调整是提高水印嵌入的好方法，但是量化步长的自适应方法单调，如何选择变量进行自适应，如何自适应是 AQIM 方法需要深讨的问题。论文最后对数字水印技术的将来进行了展望，希望在很快的时间里能够看到水印技术有很大的跨越和发展。 关键词：数字水印、DCT、QIM、数字签名、特征提取、AQIM、HVS 第一章 绪论 1.1 概述 随着计